Dans le monde actuel de l'informatique embarquée haute performance, les systèmes doivent traiter des flux de données massifs en temps réel, où chaque nanoseconde compte. Dans ce contexte, la société française Techway (désormais dans le giron de NCS System), à la fois distributeur et concepteur de systèmes d’acquisition et de traitement de données fondés sur la mise en œuvre de FPGA, a décidé d’intégrer la technologie GPUDirect RDMA (Remote Direct Memory Access) de Nvidia à ses plateformes FPGA installées sur des cartes PCI Express.

L’idée est de proposer une chemin de données direct et efficace entre le matériel d'acquisition et le traitement des données par des processeurs graphiques (GPU). Cette approche, selon Techway, ouvre la voie à une nouvelle génération d'applications réactives et à faible latence dans les domaines de la défense, de l'aérospatiale, des systèmes industriels, de l'accélération de l'IA et de la vision embarquée.

Les plates-formes PCI Express de Techway fondées sur les FPGA Kintex-7 et UltraScale+ d’AMD (issus de Xilinx) intègrent désormais la fonctionnalité native GPUDirect RDMA intégrés dans un kit de développement unifié.

Conçue spécifiquement pour répondre aux besoins d'accélération des processeurs graphiques, la technologie GPUDirect RDMA assure une communication directe entre les GPU de Nvidia et des systèmes distants. Ce qui évite un recours aux processeurs système et l’opération de copies de données nécessaires à travers la mémoire système, pour in fine délivrer des performances jusqu'à 10 fois supérieures.

Concrètement, grâce au pilote Techway compilé avec le module noyau de Nvidia, les données sont envoyées directement de la mémoire de la carte FPGA à la mémoire du processeur graphique à travers un line PCI Express en contournant à la fois le processeur hôte et la mémoire système. Ce qui réduit considérablement la latence et améliore l'efficacité globale du transfert de données, permettant un traitement en temps réel et des applications avancées telles que l'IA, le traitement d'images et de signaux directement sur les données entrantes.

Selon Techway, un des principaux avantages de la technologie GPUDirect RDMA réside dans sa capacité à transférer les charges de travail de traitement du FPGA vers le GPU, le circuit programmable pouvant alors se concentrer sur les tâches d'acquisition de données en temps réel et sur des tâches “frontales” telles que la mise en paquets et le prétraitement des données avant de diffuser les données directement dans la mémoire du GPU.

La technologie GPUDirect RDMA tire également pleinement parti de l'architecture massivement parallèle du processeur graphique utilisé dans l’application, de sa mémoire GDDR (Graphics Double Data Rate, type de mémoire spécialement conçu pour les cartes graphiques) à bande passante élevée et de ses cœurs de traitement optimisés.

Cet ensemble de caractéristiques font de cette approche une voie particulièrement efficace, toujours selon Techway, pour traiter de grands ensembles de données et des opérations répétitives à haut débit, pour un traitement rapide et adaptatif des données dans des environnements exigeants.

En combinant une carte FPGA de Techway avec un GPU de Nvidia, le système atteint alors une efficacité de calcul maximale tout en minimisant l'utilisation de la logique FPGA ainsi qu'une latence de transfert de données faible et constante. 

Pour les développeurs, cela signifie passer de la gestion de tâches initialement effectuées dans le micrologiciel à un développement fondé sur des logiciels, similaire aux approches utilisées dans le calcul haute performance. Une évolution qui bénéficie du soutien de la communauté de développeurs Nvidia et des boîtes à outils open source, notamment les outils CUDA (Compute Unified Device Architecture). 

Cette architecture est désormais partagée par toutes les cartes de Techway, et permet en particulier aux développeurs de passer de manière transparente d'une plateforme FPGA à une autre tout en conservant le même environnement logiciel. Ce qui simplifie à terme l'intégration, raccourcit les cycles de développement et renforce la maintenabilité à long terme, selon Techway.